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1、烟台大学塑料模具课程设计说明书设计题目无锥度轴套零件注射成型模具设计化 院（系） 高分子材料与工程 专业班级 化084-3 学号_200821507339设计人 庄绪杰指导教师 苏红军完成日期 2011年7月15日目录摘要3设计流程简介31塑料的工艺性能42实物三维图53行腔数目64分型面位置的确定75注射机型号的确定86浇注系统的设计97成型零件的设计118模架的初选139冷却系统的设计1410导向机构的设计1711拉料杆的设计1812推管的设计1914排气系统的设计20参考文献21无锥度轴套零件注射成型模具设计摘要：本文是基于SolidWorks进行塑料模具设计。使用SloidWorks软
2、件设计出塑料三维实体，然后，将凹凸模板转换到AutoCAD中生成二维图，并进行尺寸标注。再通过考虑其他因素选择注射机和设计导出柱等其他零件，最终设计出一副完整的塑料注射模具。主要进行的设计过程包括：塑料制品原料的选择、分型面的设计、浇注系统、冷却系统、推出系统等。关键词：SolidWorks PA66 分型面 脱模机构 模具冷却系统 标注模架设计流程简介 装配通过明确制品的几何形状和使用要求；计算出制品的使用要求；计算制品的体积，重量及确定成型总方案明确注射成型的型号和规格；检查制品的的工艺性，以确定制品的各个细小部分均符合注射成型的工艺条件。确定以上参数后其设计流程为：塑料制品性能；使用用途
3、；体积、质量定位系统型腔数目型腔分布 分型面数目脱模结构 主流道、分流道浇口冷却系统顶出系统塑料注射成型的介绍及设计方法：受热融化的原料由高压射入模腔，经冷却固化后得到成型产品的方法。1塑料的工艺性能 塑料在常温下是玻璃态，若加热则变为高弹态，进而变为粘流态，从而使其具有优良的可塑性。 通过分析选择和比较，最终选择的原料为PA66。其性能如下：材料性质1.1 PA66的热性质：(1) 熔点(Tm) 熔点即结晶熔解时的温度，对结晶性高分子尼龙-66，显示清晰的熔点，根据采用的测试方法，熔点在259267的范围内波动。(2) 玻璃化温度(Tg)高分子的比容和比热容等温度特性值在某一温度可出现不规则
4、的变化，这一温度就是玻璃化转变温度，是分子链的链段克服分子间力开始运动的温度。在这一温度附近，模量、振动频率、介电常数等也开始发生变化。尼龙-66的玻璃化温度，与测试方法、试样中的水分含量、单体浓度、结晶度等因素有关。Wilhoit和Dole等从比热容的温度变化分析，认为尼龙-66的玻璃化温度为47。(3) 马丁耐热()约为50-601.2 尼龙66的结晶和结晶度：(1)尼龙66有一定的结晶度，这同时也提高了它的力学性能，使其强度增加。(2) 球晶熔融状态的尼龙-66缓慢冷却时，在235245急剧生成球晶。球晶不仅包含于结晶部分，也包含于非结晶部分，结晶度为20%40%。球晶有在径向上优先取向
5、的正球晶及在切线方向上优先取向的负球晶 。尼龙-66球晶通常为正球晶，但在250265下加热熔融结晶时可以生成负球晶 , 。球晶生成速度和球晶大小，除显著地受冷却温度的影响之外，还受到熔融温度、分子量等因素的影响。1.3 PA66的机械性能PA66的机械强度随温度的升高和吸水率的增加而降低，络氏硬度约为118 ，拉伸强度(MPa)60.0-80.0，冲击强度（kJ/m2为60-100 ，静弯曲强度(MPa)为100-120。PA66具有优良的耐热性，其热变形温度和所承受的载荷关系很大，例如.当载荷为0.45MPa时，其热变形温度高达180C,而当载荷增至1.82MPa时，其热变形温度迅速降至7
6、0。当载荷一定时，PA6的热变形温度随吸水率的增加而降低。1.4加工方法PA66可采用注射、挤出等多种成型方法加工。加工前必须在80真空或鼓风供箱中充分干燥2448h加工温度比PA6高。在挤出生产中，可采用等距不等深的渐变螺杆， PA66还可采用模压、喷涂、烧结及各种机械加工方法成型。PA66用途与PA基本相同，特别适宜于制作耐磨及高强度制件，并可制作耐化学药品等使用的瓶、管等。已知PA66的密度约为0.0012g/ mm3，体积约为1752.29mm3，质量约为2.11g。2实物三维图二维图为塑件部分参数（单位：mm）壁厚2内径12长度203行腔数目：由于塑件尺寸要求较高，因此可采用一模两腔
7、结构。如图： 4分型面位置的确定 分型面的形状选择应注意以下几点a、 分型面应选在塑件的最大截面处。b、 不应现塑件的外观质量。c、 有利于浇注系统和排气系统的设置。d、 有利于模具的加工特别是行腔的加工。e、 有利于塑件的脱模，尽量留在动模一侧。f、 有力于保证精度的要求。g、 尽量减少塑件在和模平面上的投影面积，减少锁模力。h、 便于嵌件的安装。i、 长型芯应置于开模方向。根据塑件的结构形式和要求，分型面选在开口部位。5注射机型号的确定 注射机型号主要根据塑件的外形尺寸，质量大小及行腔的数量和排列方式来确定的。在确定模具结构及初步估算外形尺寸的前提下，应对模具所需注射量，注射压力，塑件在分
8、型面上的投影面积，成型时锁模力，模具厚度，拉杆间距，安装固定尺寸以及开模行程等进行计算，这些参数都与注射机的有关性能参数密切相关。因此，必须对这两者之间的有关参数进行校核。并通过校核来进行设计模具与选择注射机型号。a、每个塑件的质量为m1=2.11g系统凝料：m2=2m1=2.532g每次注射量：m=2m1+m2=6.752g注射总体积为：v=7.03cm3b、锁模力计算每个塑件的投影面积A1=R2=3.1482=200.96mm2其中凝料的面积为A2=0.35A1=70.34mm2总面积为A=2A1+2A2=200.962+270.34=542.6mm2对于型腔的锁模压力一般取20-40MP
9、a,在这里取25MPa,则锁模力为Fm=AP型=542.62510-3=13.565KN因此选择的注射机为SZ-60/40卧式注射机c、注射机有关参数的初步校核聚酰胺66为结晶性材料，注射系数 取0.75额定注射量为G=60cm3v/=9.37cm3额定锁模力为F=400KNFm=13.565KN注射压力的校核：计算的Pe=kP0=1.3140=182KN180=Pe(理论)不合实际因此再次选择SZ-100/630额定注射量为75cm3v/=9.37cm3Pe(理论)=224KNPe=kP0=1.3140=180KN符合。其中k-注射安全系数。Pe-注射压力。P0-PA66注射所需压力。型腔校
10、核：理论所需型腔为n=m/q=0.85G/(1.6V塑件)=0.85750.80.9/（1.61.7529）=162符合。锁模力Fm的校核Fm=224KNKAP型=1.213.565=16.278KN符合K-锁模力安全系数6浇注系统的设计浇注系统的作用是将塑件顺利的充满型腔的各处，以便获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑件。因此要求充模快速而有序，热量损失小，排气条件好，浇注系统的凝料易于与塑件分离或切除，且在塑件上浇口痕迹小。 根据PA66的性能，为了加大剪切速率，我们采用侧浇口。因为其去除浇口方便，痕迹小。 a、 主流道的设计主流道是指连接注射机喷嘴与分流道的塑件熔料通道，是熔体注入模具的最
11、先经过的一段流道。其形状、大小会直接影响道熔体的流动速度和注射时间。根据多选注射机，知喷嘴口直径为5mm主流道小端尺寸：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）mm=（5.5-6）mm选取小端尺寸为6mm。大端尺寸=d+2Ltan1.50=10.19mm主流道长度选取L=80mm 锥角=20-60 粗糙度Ra在0.8-1.6um之间。b、 主流道衬套形式考虑到制品长度为20mm及模具强度问题，理论上主流道长度小于60在这里我们取主流道长度为30mm,锥角=30，选用Ta 10A钢材，热处理淬火，表面硬度53HRC-57HRC主流道凝料体积=（2.252+4.322）802=0.948 cm3主流道剪
12、切速率校核：根据经验公式=3.3qv/(d/2)2=2.52103s-1经验速率为5102s-1-5103 s-1之间。符合其中qv-注射机注射速率，d-主流道小端尺寸c、分流道的计算直径D=5mm长度L=15mm分流道凝料体积=2（D/2）2L=1.1.17 cm3侧浇口剪切速率校核：根据经验公式=3.3qv/（R3n）其中Rn-当量半径 qv-侧流道注射流量Rn=(2A2/L)1/3=2.34mm计算得=2.54103s-1符合A-截面面积 L-周边长度d、 浇口设计侧浇口宽度b=0.8A30=0.2673mm侧浇口深度：t=0.8=0.82=1.6mme、冷料井的设计在所有的流道交界处。
13、主流道至少需要超过分流道的一个直径以上的距离而成为冷料井。它可以让熔融的塑料冷的高粘度的高分子量停留于此，使以后的低粘度的高分子易于进于型腔内，所以冷料井能够防止冷料进入型腔而影响产品的质量。 f、 定位圈由SZ-100/630卧室注射机的定位孔直径125mm可知定位圈的外径为125mm，由于定位圈与浇口套配合使用，浇口套内径为10.19mm，那么，定位圈的内径也是10.19mm。其他尺寸可在标准定位圈零件中查得。结构如图所示。 7成型零件的设计 模具中确定塑件的几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。a、 凹模和凸模的结构设计： 在这里我们直接进行整体式的设计，整体式的凹模和凸模是直接在整块模
14、板上分别加工出凹凸模结构形式。特点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。我们采用整体嵌入式组合结构，组合式凹凸膜结构是指有两个或两个以上的零件组合而成的凹模或凸模。 收缩率：S=(Smax+Smin)/2=1.45型腔径向尺寸：L0+z=2(1+S)壁厚-0.75+16+00.0083=18.920+0.0083型芯径向尺寸：l0-z=2(1+S)壁厚+0.75+12 0-z=16.920-0.0083型腔深度：H0 +z=(1+ S)Hs-x0+z=48.98750+0.0083型芯高度：h-z0=(1+ S)Hs+x 0-z=(1+S)Hs+x 0-z=49.010-0.0083 S
15、-平均收缩率-规定的公差值-零件制造误差x-修正系数b、 圆形型腔侧壁及底板厚度的计算（整体式）：整体式型腔因受底部约束，在熔体压力下侧壁沿高度不同点的变形情况不同，离底部距离愈远变形越大。如下图所示：根据经验计算查表：知取A=腔厚+Wa=20+20=40B=208模架的初选在这里为保证塑件的无锥度要求，因此选用弹簧双脱模机构。同时为保证精度要求，我们选用推件板脱模机构。各模板尺寸的确定：a、 A板尺寸的确定：考虑到塑件为小塑件，可以取25mm.b、 B板为推板，我们取20mm。c、 C板垫块厚度=推出行程+推杆固定板厚度+（5-10）=20+20+10=5070mm符合。因此选用C板垫块厚度
16、为70mm.如下图所示：A2型模架：ABCH1H2H3252570256025从选定模架外形看：长宽=200200370320（拉杆内向距）符合模具开模所需行程=型芯高度+塑件高度+（5-10）=49.01+20+10=79.01270符合。60最大模具厚度300符合其他均符合。9冷却系统的设计模具系统对塑件制作质量的影响：模具温度及其波动对塑件的和收缩率、尺寸稳定性、力学性能、变形、应力开裂和表面质量等均有影响。模具温度过低，熔体流动性差，制作轮廓不清晰，甚至充不满型腔或形成熔接痕，制作表面不光泽，缺陷多，力学性能低。波动过大，型芯和型腔温差大，制件收缩不均匀，导致制件翘曲变形，影响制件的形
17、状及其尺寸精度。 对于PA66，粘度低，流动性好，因为模具不断被注入的熔融塑料加热，模具温度升高，单靠模具本身自然散热不能使模具保持较低的温度，其不能要求模温太高，因此必须加设冷却装置，常用常温水对模具冷却。a、冷却系统设计原则尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。浇口处加强冷却。应降低进水与出水的温差。合理选择冷却水道的形式。合理确定冷却水管接头位置。冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。PA66的成型温度为280-300，模
18、具温度为60-100。在这我们取成型温度为280，模具温度为60。b、冷却水体积流量qv的计算 qv=Mq/(c)( 1-2)=44.97610-36.5105/(4.2 1031.0103 ) (26.5-25)=6.9610-3m3/min -冷却水的密度 c-水的比热容 M-单位时间内注入树脂的量,按每分钟注射两次，即29.371.2=44.976g/min=0.044976kg/min q-单位质量树脂在模具内释放的热 1冷却水出口温度 2 冷却水入口温度c、冷却管道的直径 查资料知为8mmd、冷却水在管道内的流速v=4qv/(d2)=46.9610-3/(603.146410-6)
19、2.31m/sd-管道直径e、冷却管道孔壁与冷却水间的传热模系数=3.6（v）0.8/d0.2=7.95(1103 2.31)0.8/(810-3)0.2=36889.2KJ/（m2h）-与冷却水有关的物理系数取25时的7.95f、冷却管道总传热面积A=60Mq/(m-w)=600.0449766.5102/36889.2(40-25.75)=0.0033m2=3336.73mm2m-模具成型温度w-冷却水的平均温度g、模具上应开设的冷却水孔数 n=A/（dL）=3336.73/（3.148150）=0.88 L：冷却管道开设方向上模具长度或宽度（mm）为了冷却充分，在这里我们开取两个冷却水孔
20、。h、冷却水回路的布置布置原则：冷却水路数量尽可能多，冷却通道孔径尽可能大。冷却水道至型腔表面距离应尽量相等。浇口处加强冷却。冷却水道出、入口温差尽可能小。冷却应沿着塑料收缩的方向设置。冷却水道的布置应尽可能避开塑件易产生熔接痕的部位。型腔模具的冷却：型腔的冷却采用两条冷却水管，平衡布置，每个型腔分配一条，保证冷却均匀。j、 水嘴规格的确定水嘴采用标准水嘴。 10导向机构的设计 a、根据所选模架的规格尺寸，查模架的标准件的导出尺寸，可确定模具所用导柱的规格尺寸。材料为50HRC钢。导柱的基本尺寸如图。b、导套尺寸的确定根据导柱的外径确定导套的内径为40mm，由定模板厚度及推板厚度确定导套的长度
21、约为50mm。导精度套与导柱的配合的精度为H7/K6。11拉料杆的设计如图。我们采用通用的z型拉料杆，工作时依靠Z字型钩将主流道凝料拉出浇口套，推出时，推出结构带动拉料杆将主流道凝料推出模外。其它数据要求根据专用零件要求。12推管的设计 由于本设备中采用的塑件成型方式，因此选用非标准件。部分尺寸如下图： 代号 113脱模推出机构的设计 在注射成型中的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机称为脱模机构。推出是注射成型的最，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出的设计是十分重要的。a、 脱模力的计算：脱模力是将塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力，它是设
22、计脱模机构的重要依据之一。Fc=10fcE（TfTj）th=100.35910-5110（150-90）249.01=1852.58NFc脱模系数，即在脱模温度下，塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受塑料熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响，其值约为0.35-0.55，这里取0.35塑料的线膨胀系数（1/）,本设计取910/E在脱模温度下，塑件的抗拉弹性模量，MPa，PA66取110Tf塑料的软化温度（），取值范围是150180，这里取150Tj脱模时塑件温度（），取值范围是6090，这里取90t塑件的壁厚（mm），这里是2mmh型芯脱模方向的高度（mm），这里是49.01mm。所需总脱模力为：
23、F=2Fc=3705.16Nb、 脱模力的校核本设计为PA66塑件，其许用应力为29MPa。Fc/A=1852.58(8.810-5)=2.11107Pa =21.1MPa在许用应力范围内故该脱模机构合格。式中 A为脱模时塑件的受力面积 A=（）=8.810-5m2 14排气系统的设计不专门设计排气槽，气体可以由分型面、顶杆、与顶杆孔隙等模具零件配合间隙排出。 总结：通过课程设计，我知道了如何去初步的模具设计。本次模具设计让我学到了很多，从选用材料到成型零件的各个方面，让我意识到设计的重要性。塑料有着广阔的应用前途，在生活中我们可随处可见，其中模具的设计在当中起着非常重大的作用。合理的设计模具决定着塑料的成型的好坏。设计不仅要从理论上探讨，更要从实际出发，只有模具能用于实际的生产，才能体现它的用途。参考文献1 伍先明.塑料模具设计指导.北京：国防工业出版社，2007.12 申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，2008.73 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京：高等教育出版社.2007.84 杨占尧. 塑料模具标准件及设计使用手册. 北京：化学工业出版社，2008.65 骆志高.陈嘉真. 塑料成型工艺及模具设计. 北京：机械工业出版社，2009.86 张留成主编.高分子材料导论. 北京：化学工业出版社，1993 21
